优化接口速度真实案例[百万级别数据量]

场景

在高并发的数据处理场景中，接口响应时间的优化显得尤为重要。本文将分享一个真实案例，其中一个数据量达到200万+的接口的响应时间从30秒降低到了0.8秒内。
这个案例不仅展示了问题诊断的过程，也提供了一系列有效的优化措施。

交易系统中，系统需要针对每一笔交易进行拦截（每一笔支付或转账就是一笔交易），拦截时需要根据定义好的规则拦截，这次需要优化的接口是一个统计规则拦截率的接口。

问题诊断

最初，接口的延迟非常高，大约需要30秒才能完成。为了定位问题，我们首先排除了网络和服务器设备因素，并打印了关键代码的执行时间。经过分析，发现问题出在SQL执行上。

发现Sql执行时间太久，查询200万条数据的执行时间竟然达到了30s，下面是是最耗时的部分相关代码逻辑：

查询代码（其实就是使用Mybatis查询，看起来正常的很）

List<Map<String, Object>> list = transhandleFlowMapper.selectDataTransHandleFlowAdd(selectSql);

统计当天的Id号（programhandleidlist字段）

SELECT programhandleidlist FROM anti_transhandle WHERE create_time BETWEEN '2024-01-08 00:00:00.0' AND '2024-01-09 00:00:00.0';

表结构（Postgresql）

字段名	数据类型	描述
id	serial	主键，自增
create_time	timestamp(6) with time zone	创建时间
programhandleidlist	character varying[]	程序处理ID列表（数组类型）

我以为是Sql写的有问题，先拿着sql执行了一边，发现只执行sql的执行时间是大约800毫秒，和30秒差距巨大。

Sql层面分析

使用EXPLAIN ANALYZE函数分析sql。

EXPLAIN ANALYZE
SELECT programhandleidlist FROM anti_transhandle WHERE create_time BETWEEN '2024-01-08 00:00:00.0' AND '2024-01-09 00:00:00.0';

分析结果
在这里插入图片描述
看来是代码的部分有问题。

代码层面分析

List<Map<String, Object>> list = transhandleFlowMapper.selectDataTransHandleFlowAdd(selectSql);

Map的Key是programhandleIdList，Map的value是每一行的值。

在这里插入图片描述

在Java层面，每条数据都创建了一个Map对象，对于200万+的数据量来说，这显然是非常耗时的操作，速度是被创建了大量的Map集合给拖垮的。。为了解决这个问题，我们尝试了将200万行数据转换为单行返回，使用PostgreSQL的array_agg和unnest函数来优化查询。

第一次遇到Mybatis查询返回导致接口速度慢的问题。

优化措施

1. SQL优化

我的思路是将200万行转为一行返回。

要将 PostgreSQL 中查询出的 programhandleidlist 字段（假设这是一个数组类型）的所有元素拼接为一行，您可以使用数组聚合函数 array_agg 结合 unnest 函数。这样做可以先将数组展开为多行，然后将这些行再次聚合为一个单一的数组。如果您希望最终结果是一个字符串，而不是数组，您还可以使用 string_agg 函数。

以下是相应的 SQL 语句：

SELECT array_agg(elem) AS concatenated_array
FROM (
    SELECT unnest(programhandleidlist) AS elem
    FROM anti_transhandle
    WHERE create_time BETWEEN '2024-01-08 00:00:00.0' AND '2024-01-09 00:00:00.0'
) sub;

在这个查询中：

unnest(programhandleidlist) 将 programhandleidlist 数组展开成多行。
string_agg(elem) 将这些行聚合成一个以逗号分隔的字符串。

这将返回一个包含所有元素的单一数组。

查询结果由多行，拼接为了一行。
在这里插入图片描述

再测试，现在是正常速度了，但是查询时间依旧很高。Sql查询时间0.8秒，代码中平均1秒8左右，还有优化的空间。
在这里插入图片描述
将一列数据转换为了数组类型，查看一下内存占用，这一段占用了54比特，虽然占用不大，但是不知道为什么会mybatis处理时间这么久。

因为mybatis不知道数组的大小，先给数组设定一个初始大小，如果超出了数组长度，因为数组不能扩容，增加长度只能再复制一份到另一块内存中，复制的次数多了也就增加了计算时间。
数据需要在两个设备之间传输，磁盘和网络都需要时间。

在这里插入图片描述

2. 部分业务逻辑转到数据库中计算

再次优化sql，将一部分的逻辑放到Sql中处理，减少数据量。
业务上我需要统计programhandleidlist字段中id出现的次数，所以我直接在sql中做统计。

要统计每个数组中元素出现的次数，您需要首先使用 unnest 函数将数组展开为单独的行，然后使用 GROUP BY 和聚合函数（如 count）来计算每个元素的出现次数。这里是修改后的 SQL 语句：

SELECT elem, COUNT(*) AS count
FROM (
    SELECT unnest(programhandleidlist) AS elem
    FROM anti_transhandle
    WHERE create_time BETWEEN '2024-01-08 00:00:00.0' AND '2024-01-09 00:00:00.0'
) sub
GROUP BY elem;

在这个查询中：

unnest(programhandleidlist) 将每个 programhandleidlist 数组展开成多个行。
GROUP BY elem 对每个独立的元素进行分组。
COUNT(*) 计算每个分组（即每个元素）的出现次数。

这个查询将返回两列：一列是元素（elem），另一列是该元素在所有数组中出现的次数（count）。

在这里插入图片描述
这条sql在代码中执行时间是0.7秒，还是时间太长，毕竟数据库的数据量太大，搜了很多方法，已经是我能做到的最快查询了。

关系型数据库不适合做海量数据计算查询。

这个业务场景牵扯到了海量数据的统计，并不适合使用关系型数据库，如果想要真正的做到毫秒级的查询，需要从设计上改变数据的存储结果。比如使用cilckhouse、hive等存储计算。

3. 引入缓存机制

减少查询数据库的次数，决定引入本地缓存机制。选择了Caffeine作为缓存框架，易于与Spring集成。
分析业务后，当天的统计数据必须查询数据库，但是查询历史日期的采用缓存的方式。如果业务中对时效性不敏感，也可以缓存当天的数据，每隔一段时间更新一次。我这里采用缓存历史日期的数据。

引入Caffeine依赖

        <dependency>
            <groupId>com.github.ben-manes.caffeine</groupId>
            <artifactId>caffeine</artifactId>
            <version>3.1.8</version>
        </dependency>

配置Caffeine缓存：创建一个专门的Caffeine缓存配置。使用本地缓存选择淘汰策略很重要，由于我的业务场景使根据实现来查询，所以Caffeine将按照最近最少使用（LRU）的策略来淘汰旧数据成符合业务。

import com.github.benmanes.caffeine.cache.Caffeine;
import org.springframework.cache.CacheManager;
import org.springframework.cache.annotation.EnableCaching;
import org.springframework.cache.caffeine.CaffeineCacheManager;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {
    @Bean
    public CacheManager cacheManager() {
        CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();
        cacheManager.setCaffeine(Caffeine.newBuilder()
                .maximumSize(500)
                .expireAfterWrite(60, TimeUnit.MINUTES));
        return cacheManager;
    }
}

修改ruleHitRate方法来使用Caffeine缓存：在计算昨天命中率的逻辑前加入缓存检查和更新的逻辑。

使用Caffeine缓存：

@Autowired
private CacheManager cacheManager; // 注入Spring的CacheManager

private static final String YESTERDAY_HIT_RATE_CACHE = "hitRateCache"; // 缓存名称

@Override
public RuleHitRateResponse ruleHitRate(LocalDate currentDate) {
    // ... 其他代码 ...

    // 使用缓存获取昨天的命中率
    double hitRate = cacheManager.getCache(YESTERDAY_HIT_RATE_CACHE).get(currentDate.minusDays(1), () -> {
    	// 查询数据库
        Map<String, String> hitRateList = dataTunnelClient.selectTransHandleFlowByTime(currentDate.minusDays(1));
       
		// ... 其他代码 ...
		// 返回计算后的结果
        return hitRate;
    });
    // ... 其他代码 ...
}